一种多光谱高温计无源温区温度标定方法、计算机及存储介质与流程

1.本技术涉及一种无源温区标定方法，尤其涉及一种多光谱高温计无源温区温度标定方法、计算机及存储介质，属于智能标定技术领域。


背景技术：

2.高温计标定技术是多光谱测温领域的一项关键技术，多光谱辐射温度测量方法是一种非接触式辐射测温方法，主要用于高温的测量，如火箭尾喷火焰温度场、船舶用大型发动机燃烧温度场测量等领域，具有无测量上限、响应速度快及不影响被测温度场等优点。但是，许多待测对象，如爆炸火焰、人造太阳等高温目标的温度已经远远超过现有黑体标准辐射源的最高温度——3000℃。在3000℃以上的无源温区，目前已有标定方法的精度已经严重影响了多光谱高温计的测量温度上限与精度，阻碍了多光谱高温测量技术的发展，所以只有对无源温区标定方法或辐射标定源进行研究与改进，才能真正实现多光谱测温法的测量无上限。
3.为此，本发明提供一种多光谱高温计无源温区温度标定方法，通过寻找目标函数以及优化方法，实现模型的求解及精度的提升，用于温度计无源温区温度的标定。


技术实现要素：

4.在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
5.鉴于此，本发明提供了一种多光谱高温计无源温区温度标定方法，包括以下步骤：
6.步骤一、选取有源温区的温度值，使用普朗克公式计算得到理论电压值；
7.步骤二、将普朗克公式中的t替换成数学模型t＝a b
·
u
c
，设计目标函数；
8.步骤三、根据步骤二所述的目标函数结合遗传算法计算待求解的数学模型参数；
9.步骤四、依据实际采集到的电压值数据，将电压值数据代入步骤三得到的数学模型，计算得到无源温区温度值。
10.优选的，步骤一所述选取有源温区的温度值，使用普朗克公式计算得到理论电压值的具体方法是，通过以下公式获得：
[0011][0012]
其中，m
b
(λ,t)为有源温区的理论电压值，c1为第一辐射常数、c2为第二辐射常数，λ为波长，t为理论值。
[0013]
优选的，步骤二所述将普朗克公式中的t替换成数学模型t＝a b
·
u
c
，设计目标函数的具体方法是：
[0014][0015]
其中，u
i
为电压值。
[0016]
优选的，步骤三所述根据步骤二所述的目标函数结合遗传算法计算待求解的数学模型参数的具体方法是，包括以下步骤：
[0017]
步骤三一、根据给定a，b，c初始值随机产生初始一代种群；
[0018]
步骤三二、根据步骤二得到的目标函数，将a，b，c代入其中，得到个体适应度值，依照设定的适应度值，判断a，b，c是否符合优化标准，若符合，直接输出最佳个体及其最优解；否则，进行下一步；
[0019]
步骤三三、根据适应度的好坏，将自动选择能够进入下一代继续优化的a，b，c，适应度高的个体被选中的概率高，适应度低的个体直接淘汰；
[0020]
步骤三四、用被选出的几组a，b，c根据程序内部规则进行交叉，生成新的a，b，c；
[0021]
步骤三五、对子代数据进行变异，使得数据组更加丰富，跳转至步骤2。
[0022]
优选的，步骤三二所述判断a，b，c是否符合优化标准具体方法为，当目标函数趋于零的时候，此时所对应的参数a、b、c的数值就是想要求解的最优参数，趋于零的范围是0
‑
10
‑4。
[0023]
一种多光谱高温计无源温区温度标定验证方法，包括以下步骤：
[0024]
步骤一、选取有源温区的温度值，应用普朗克函数计算数据作为有源温区标定量；
[0025]
步骤二、利用有源温区标定量，结合遗传算法，优化得到数学模型参数值；
[0026]
步骤三、将3000℃以上的温度点对应的普朗克函数计算电压值作为多光谱高温计的输出；
[0027]
步骤四、将理论计算电压代入数学模型，得到外推温度值；
[0028]
步骤五、将理论温度与外推温度对比，得到模型的相对误差。
[0029]
一种计算机，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现一种多光谱高温计无源温区温度标定方法的步骤。
[0030]
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一种多光谱高温计无源温区温度标定方法。
[0031]
本发明的有益效果如下：本发明经过对目标函数进行优化、参数的调整，使得目标函数趋于零，从而获取一种更高精度的数学模型，实现无源温区标定时，能够获取电压信号和未知温度之间的关系。解决了现有的无源温区温度标定方法精度较低、外推温区大时误差大的技术问题。
附图说明
[0032]
此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
[0033]
图1为本发明实施例所述的方法流程示意图；
[0034]
图2为本发明实施例所述实际标定数据与外推数据对比图；
[0035]
图3为本发明实施例所述一种多光谱高温计无源温区温度标定验证方法流程示意图；
[0036]
图4为本发明实施例所述当λ＝0.4μm时的现有技术给出的外推数据图。
具体实施方式
[0037]
为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]
实施例1、参照图1
‑
图2，说明本实施方式，本实施例的一种多光谱高温计无源温区温度标定方法，包括以下步骤：
[0039]
步骤一、选取有源温区的温度值，使用普朗克公式计算得到理论电压值；理论电压值通过以下公式获得：
[0040][0041]
其中，m
b
(λ,t)为有源温区的理论电压值，c1为第一辐射常数、c2为第二辐射常数，λ为波长，t为理论值。
[0042]
具体的，理论值t为在有源温区最高温度3000度的基础上增加温度，增加的温度即为外推长度，温度取值最好为整百的数值。
[0043]
步骤二、将普朗克公式中的t替换成数学模型t＝a b
·
u
c
，设计目标函数；
[0044][0045]
其中，u
i
为电压值。
[0046]
具体的，目标函数的设计过程，包括以下步骤：
[0047]
1、选取有源温区的温度值，由普朗克公式得到理论电压值；
[0048]
2、普朗克公式中的温度t，为选取的整百度温度点(具体数值)；
[0049]
3、将普朗克公式中的温度项t换成所求的数学模型t＝a b
·
u
c
；
[0050]
4、取两个式子之差的绝对值的平方，此时，当函数值趋于零的时候，对应得到的a、b、c即为最优参数值。
[0051]
步骤三、根据步骤二所述的目标函数结合遗传算法计算待求解的数学模型参数；包括以下步骤：
[0052]
步骤三一、根据给定a，b，c初始值随机产生初始一代种群；给定a，b，c的大致范围，用于优化的时候更快找到最优解；a的给定范围为1000～2000；b的给定范围为1～200；c的给定范围为0～1。
[0053]
步骤三二、根据步骤二得到的目标函数，将a，b，c代入其中，得到个体适应度值，依照设定的适应度值，判断a，b，c是否符合优化标准，若符合，直接输出最佳个体及其最优解；否则，进行下一步；
[0054]
具体的，判断a，b，c是否符合优化标准具体方法为，当目标函数趋于零的时候，此时所对应的参数a、b、c的数值就是想要求解的最优参数，趋于零的范围是0
‑
10
‑4。
[0055]
步骤三三、根据适应度的好坏，将自动选择能够进入下一代继续优化的a，b，c，适
应度高的个体被选中的概率高，适应度低的个体直接淘汰；
[0056]
步骤三四、用被选出的几组a，b，c根据程序内部规则进行交叉，生成新的a，b，c；
[0057]
步骤三五、对子代数据进行变异，使得数据组更加丰富，跳转至步骤2。
[0058]
步骤四、依据实际采集到的电压值数据，将电压值数据代入步骤三得到的数学模型，计算得到无源温区温度值。
[0059]
实施例2、参照图3
‑
图4说明本实施方式，本实施例一种多光谱高温计无源温区温度标定验证方法，包括以下步骤：
[0060]
步骤一、选取有源温区的温度值，应用普朗克函数计算数据作为有源温区标定量；
[0061]
步骤二、利用有源温区标定量，结合遗传算法，优化得到数学模型参数值；
[0062]
步骤三、将3000℃以上的温度点对应的普朗克函数计算电压值作为多光谱高温计的输出；用于代入到模型得到外推电压，继而才能得到误差。
[0063]
步骤四、将理论计算电压代入数学模型，得到外推温度值；
[0064]
步骤五、将理论温度与外推温度对比，得到模型的相对误差。
[0065]
对本发明提出的方法进行验证：
[0066]
参照表1(当λ＝0.4μm时的理论外推结果及误差)和图4(当λ＝0.4μm时的现有技术给出的外推数据图)说明，在波长为0.4的情况下使用本发明提出的一种多光谱高温计无源温区温度标定方法对无源温区的温度进行标定相比于现有技术标定误差更小，标定准确度更高。
[0067]
表1当λ＝0.4μm时的理论外推结果及误差
[0068][0069][0070]
图2为实际标定数据与外推数据对比图；图中直线表示实际标定数据，虚线表示外推数据，从图2中可以看出实际标定数据与外推数据的误差很小。说明本发明标定准确度精准。
[0071]
尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。